CN102841638B - 一种多功能vpx背板的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能VPX背板的设计方法。针对现如今FPGA、DSP、CPU技术的不断发展，传统的并行总线已经不能满足大带宽、高速率的要求。本发明采用VPX总线技术，利用串行RapidIO和Advanced Switching Interconnect等现代工业标准的串行交换结构，支持更高的背板带宽。本发明采用VITA46标准，解决了相邻板间信号的高速传输，不同板卡之间通过交换网络实现信号的高速传输，支持两块交换板同时对不同板卡进行数据交换，并且支持交换板与交换板之间的数据通信，并且增加各种外部控制信号。在背板上引入电源模块设计，增强了通用性，并且在每个槽位之间引入了加固条设计，能有效的防止背板弯曲，并解决了高速连接器在压接时容易损坏的问题。

Description

一种多功能VPX背板的设计方法

一技术领域

本发明涉及一种多功能VPX背板的设计方法。尤其是考虑了多种应用因素，可以根据不同系统的需求动态进行功能的扩展，支持大带宽的数据交互，兼容不同板卡的接口定义。可以实现VPX架构下的不同雷达信号处理以及数据处理等的通用性。

二背景技术

随着集成电路、计算机技术和软件技术的飞速发展，雷达信号数据处理系统平台呈现出双重发展趋势：(1)以天线系统为主的室外单元，其中信号数据处理功能为信号预处理，趋于分布式；(2)以综合信号数据处理为主的室内单元，通常称之为信号主处理，趋于综合集成化。雷达系统室外单元包括天线、数字收发模块、数字波束形成及预处理、雷达控制与定时，通过网络和光纤实现与雷达系统室内单元的高速数据传输与命令和信息交互。

随着FPGA、DSP、CPU技术的不断发展，处理平台系统架构也随之快速发展演变。传统的基于VME总线雷达系统阵列中的每个系统处理器，都必须等待轮换到该处理器获得总线后才能发送数据。这样不仅仅使处理器终止了对当前数据块的处理，同时还终止了处理器对输入数据的处理。

由于采集的数据频率越高，图像效果越好。随着雷达数据管道变得越来越大，VPX将成为解决这些新需求的新技术。VITA46标准定义了一种新的7排高达6.25Gb/s的高速I/O连接器，可全面支持当前的高速串行互联标准。这些标准包括SRIO、PCIE、RocketIO、SATA、Gbit Ethernet和10Gbit Ethernet等。VITA46全系列共20个标准，对VPX板卡的外形尺寸、背板的拓扑结构、支持各种串行标准协议时的插座定义，以及电源插座的定义，监测总线定义等都做了详细的定义。

多功能VPX背板的设计，采用了VITA46标准，解决了不同基于VITA46标准处理板的系统互连问题，并通过外部信号的引入，解决了VPX机箱与整个雷达系统的信号传输问题。

三发明内容

本发明的目的在于：提供一种多功能VPX背板的设计方法，包括解决不同板卡之间的信号传输问题，如：不同槽位的板卡之间的信号传输，这其中又包含了PowerPC处理板之间的信号传输，FPGA处理板之间的信号传输，PowerPC处理板与FPGA处理板之间的信号传输，交换板与交换板之间的信号传输等；解决电源模块集成到背板问题；解决结构设计优化问题等。

为了设计一种多功能VPX背板，本发明的具体设计方案如下：

根据不同系统对于相邻板间信号传输的要求，以及处理板通过交换板进行大带宽的数据传输的要求，本发明通过16对LVDS信号进行板间信号互连，通过两块交换板的设计，使得每块处理板与交换板之间分别有×4的串行RapidIO信号进行数据传输，每块处理板与交换板之间最大支持10Gbytes/s的通信带宽。根据不同雷达系统的要求，引入了时统，伺服控制，触发信号以及编码信号。为了满足通用性的要求，将电源背板与传统的处理背板，设计到一起，并且在槽位之间引入了加固条设计，更好的满足了可靠性。

本设计方法的主要特征有：

共设计12个槽位，其中6、7槽位用于交换板，其余各槽位可以兼容基于VITA46标准的FPGA处理板以及PowerPC处理板。背板上除电源模块以及拨码开关外，没有其他芯片的加入，扩展功能完全通过背板接口定义与外围设备进行通信。槽位与槽位之间有加固条设计，更好的满足可靠性要求。

本发明通用VPX背板效果体现在下述几个方面：

1、每个槽位与相邻槽位之间有16对RocketIO控制总线，可以满足雷达系统的DBF需求。

2、每块交换板与其他处理板采用RapidIO协议，支持最大10路处理板，每路10Gbps的通信带宽，总的通信带宽可以满足现有雷达系统的各种要求。

3、在背板上引入雷达系统控制信号接口定义，在不引入元器件的情况下，实现雷达作战系统对每个机箱甚至每块处理板的控制。并且可以通过对背板编码，实现多个机箱，以及机柜的编码控制。

4、把电源背板与处理背板放到一起，能够满足可靠性要求，而且使得板内电压更加稳定。加固条的设计有效的防止了处理板插拔时引起的背板弯曲。

四附图说明

下面结合说明书附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

图1是本发明设计的拓扑结构；

图2是本发明使用的连接器；

图3是本发明使用的定位销；

图4是本发明设计的连接器分布；

图5是本发明设计的电源模块；

图6是本发明设计的加固条。

五具体实施方式

参见图1，一种多功能VPX背板的拓扑结构。背板采用2个电源槽加12槽全交换的VPX背板，其中6槽和7槽为交换板槽位，其中的1、2、3、4、5、8、9、10、11、12槽位为处理模块槽位。各槽位J0插座电源、I2C管理总线、系统复位、参考时钟、触发信号互联；各槽位J0物理地址根据各槽位位号，在背板中按高低电平接好；处理模块槽位分别与两块交换板有×4的高速差分对相连；处理模块分别与两块交换板有1路千兆以太网相连；两块交换板之间有一路×4的高速差分对相连；处理模块相临的槽位有16对高速差分对互联；系统控制信号，包括时统、伺服控制信号定义在6槽的J4插座，使背板与外界通信。

参见图2、图3，一种多功能VPX背板所需连接器以及定位销。背板采用Tyco公司开发的模块化的VPX RT2连接器，该连接器内含可阻抗，低插入损耗，在最高6.25Gbps下，串扰小于3％。Tyco公司生产的独特的新7排RT-2 MultiGiag连接器设计的高级连接器系统，可以提供更多的I/O，支持高速的串行连接，以及包含ESD(静电)保护结构，与级联块儿和定位销一起，实现VITA46模块和背板设计。图4是连接器与定位销的具体排放关系，12个槽位相对应排放关系相同。

参见图5，图6。在电源的设计上，直接引入了电源模块，提供+48V，+12V，+5V供电，并通过LT1764EQ-3.3V用作给处理模块辅助供电。同时在每个槽位与槽位之间，加入了加固条设计，方便连接器的压接，并有效防止由于处理模块的插拔所引起的板子变形。

以上内容是结合具体的优选方式对本发明所做的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以引入其他控制信号作为推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。

Claims (2)

1.一种多功能VPX背板的设计方法，包括：处理板间信号传输、处理板与交换板之间信号传输、交换板与交换板之间信号传输、外部信号的引入以及电源结构的设计，其特征在于：

A、处理板之间采用16对高速差分信号线进行板间信号的互连；

B、采用两块交换板设计，每块交换板都可分别与除交换板之外的任一槽位板卡通过×4的串行RapidIO协议进行通信；

C、两块交换板之间可以通过两组×4的串行RapidIO协议进行相互通信，并且可以通过千兆网进行数据通信；

D、引入除板卡外的外部信号，实现外部信号对板内信号的控制；

E、将电源背板与信号背板放到一起，引入加固条设计；

F、除交换板两个槽位外，其他各槽位可以接入任何满足VITA46标准的处理板，且处理板可以根据自身的ID号，加载板卡内相应程序。

2.根据权利要求1所述的一种多功能VPX背板的设计方法，其特征在于：引入了外部信号，包括雷达系统所必须的时统信号、伺服控制信号、时钟信号、触发信号以及多个VPX机箱组成大系统时所需的ID号。